CN105838400A - 一种生物质制备活性炭的***及方法 - Google Patents

一种生物质制备活性炭的***及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种生物质制备活性炭的***，包括：螺旋进料器(3‑1)、下行床快速热解活化炉(3)、螺旋出料器(3‑8)，其中，下行床快速热解活化炉(3)内部从上至下依次划分为干燥区、热解区、过渡区和活化区，其中干燥区、热解区和活化区分别布置有辐射管(3‑4)；下行床快速热解活化炉(3)包括油气出口(3‑6)和蒸汽进口(3‑7)，其中，油气出口(3‑6)位于热解区和过渡区的交界处，蒸汽进口(3‑7)位于活化区的下部。所述***将经过热解的高温生物炭无需冷却直接用于活化反应，制得活性炭，节能效果较佳，同时经过快速热解得到的生物炭反应活性较高。

Description

一种生物质制备活性炭的***及方法
技术领域
本发明涉及化工领域，具体涉及一种生物质制备活性炭的***及方法。
背景技术
煤炭、石油等不可再生的化石能源的过度开采和利用，使得地球上的环境问题越来越严峻，寻找一种清洁型的替代能源的任务也已经迫在眉睫。生物质资源是地球上第四大资源，其储量仅次于煤炭、石油和天然气，同时也是储量第一的清洁型可再生能源，是最适合的化石能源替代能源之一。然而生物质资源的利用效率并不高，大多数农业废弃物直接农田焚烧，不仅造成环境污染，还造成能源浪费。因此，高效利用生物质资源不仅能够缓解能源紧缺和环境污染问题，还能变废为宝带来经济效益。
通过热解活化的方法将生物质制备成活性炭、生物油和热解气是生物质最有效的利用途径之一。生物质制备活性炭主要分为物理法和化学法；化学法制备生物炭需要进行脱酸或脱盐反应，产生大量的废水，造成污染环境；而物理活化则存在耗时长、耗能高的弊端。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供一种生物质制备活性炭的***及方法，将热解、活化反应设计为在同一反应炉内进行，将经过热解的高温生物炭无需冷却直接用于活化反应，节能效果较佳；同时经过快速热解得到的生物炭反应活性较高，直接进行活化反应的效率较高。
为了解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案予以实现：
一种生物质制备活性炭的***，包括：螺旋进料器3-1、下行床快速热解活化炉3、螺旋出料器3-8，其中，螺旋进料器3-1与下行床快速热解活化炉3的进料口相连通，螺旋出料器3-8与下行床快速热解活化炉3的出料口相连通，其特征在于：下行床快速热解活化炉3内部从上至下依次划分为干燥区、热解区、过渡区和活化区，其中干燥区、热解区和活化区分别布置有辐射管；下行床快速热解活化炉3包括油气出口3-6和蒸汽进口3-7，其中，油气出口3-6位于热解区和过渡区的交界处，蒸汽进口3-7位于活化区的下部。
进一步地，生物质制备活性炭的***还包括：回转窑干燥器1、料仓2，所述回转窑干燥器1与料仓2相连，料仓2与螺旋进料器3-1相连；第一换热器4、净化***5、生物油油罐6、气柜7，其中，第一换热器4分别与油气出口3-6和净化***5相连，净化***5分别与生物油油罐6和气柜7相连；第二换热器9、第三换热器10、炭仓11，其中，第二换热器9、第三换热器10、炭仓11依次相连，第二换热器9与螺旋出料器3-8相连；蒸汽发生器8，蒸汽发生器8与蒸汽进口3-7相连。
进一步地，下行床快速热解活化炉3内还包括锥形分料器3-2，锥形分料器3-2位于下行床快速热解活化炉3的干燥区的顶部，且在下行床快速热解活化炉3的物料进口的正下方。
进一步地，下行床快速热解活化炉3还包括：燃气进口3-3、烟气出口3-5，其中，燃气进口3-3是辐射管的燃气进口，烟气出口3-5是辐射管的烟气出口。
进一步地，气柜7分别与燃气进口3-3和蒸汽发生器8相连；烟气出口3-5、第三换热器10和回转窑干燥器1依次相连；软水供应管依次通过第二换热器9、第一换热器4与蒸汽发生器8相连。
优选地，过渡区的高度占下行床快速热解活化炉总高度的1/10-1/5。
采用以上所述的生物质制备活性炭的***制备活性炭的方法，其特征在于：包括如下步骤：
步骤1、生物质由回转窑干燥器1进行预热干燥处理；
步骤2、干燥处理后的生物质输送至料仓2；
步骤3、料仓2中的生物质由螺旋进料器3-1输送进入到下行床快速热解活化炉3的物料进口处；
步骤4、生物质依靠自身重力经锥形分料器3-2、辐射管3-4均匀布料；
步骤5、通过燃气进口3-3向下行床快速热解活化炉3的辐射管3-4通入燃气；
步骤6、生物质经过干燥区进行干燥处理；
步骤7、干燥区处理后的生物质进入热解区进行热解反应制得生物炭和热解油气；
步骤8、蒸汽发生器8生成蒸汽经下行床快速热解活化炉3的蒸汽进口3-7进入活化区；
步骤9、经步骤7得到的生物炭进入活化区，经由蒸汽活化；
步骤10、活化后的生物炭形成活性炭，经由螺旋出料器3-8排出；
步骤11、排出的活性炭经第二换热器9和第三换热器10换热处理，存入炭仓11；
步骤12、步骤7制得的热解油气经油气出口3-6排出，经一号换热器4换热后，进入净化***5；生物油存入生物油油罐6，热解气存入气柜7。
优选地，气柜7中的热解气一部分通过燃气进口3-3用于辐射管3-4供热，气柜7中的热解气一部分为蒸汽发生器8提供能量生产蒸汽。
优选地，从烟气出口3-5排出的烟气经第三换热器10换热处理，输送至回转窑干燥器1用于对生物质进行预热干燥。
优选地，通过软水供应管供应的软水分别经第二换热器9、第一换热器4处理，输送至蒸汽发生器8。
优选地，干燥区温度400～600℃，热解区温度550～650℃，活化区温度700～900℃。
本发明的有益效果是，生物质制备活性炭的热解、活化反应于同一反应器内进行，经热解后的生物炭直接用于活化，效率高；原料干燥为烟气换热提供，活性炭与高温热解油气所含显热均予换热回收，能源利用率高；反应热解油、活性炭产率较高，同时活性炭碘吸附值和亚甲基蓝吸附值较高，活性炭性质较佳。
附图说明
图1是本发明的一种生物质制备活性炭的***结构及流程示意图。
图2是本发明的一种生物质制备活性炭的***的下行床快速热解活化炉的结构示意图。
其中，1、回转窑干燥器，2、料仓，3、下行床快速热解活化炉，3-1、螺旋进料器，3-2、锥形分料器，3-3、燃气进口，3-4、辐射管，3-5、烟气出口，3-6、油气出口，3-7、蒸汽进口，3-8，螺旋出料器，4、一号换热器，5、净化***，6、生物油油罐，7、气柜，8、蒸汽发生器，9、二号换热器，10、三号换热器，11、炭仓。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
参照图1和图2。本发明提供了一种生物质制备活性炭的***，包括：螺旋进料器3-1、下行床快速热解活化炉3、螺旋出料器3-8，其中，螺旋进料器3-1与下行床快速热解活化炉3的进料口相连通，螺旋出料器3-8与下行床快速热解活化炉3的出料口相连通。下行床快速热解活化炉3内部从上至下依次划分为干燥区、热解区、过渡区和活化区，其中，干燥区、热解区和活化区分别布置有辐射管；下行床快速热解活化炉3包括油气出口3-6和蒸汽进口3-7，其中，油气出口3-6位于热解区和过渡区的交界处，用于排出热解油气和活化产生的气体；蒸汽进口3-7位于活化区的下部。
所述生物质制备活性炭的***还包括：回转窑干燥器1、料仓2，所述回转窑干燥器1与料仓2相连，料仓2与螺旋进料器3-1相连；第一换热器4、净化***5、生物油油罐6、气柜7，其中，第一换热器4分别与油气出口3-6和净化***5相连，净化***5分别与生物油油罐6、气柜7相连；第二换热器9、第三换热器10、炭仓11，其中，第二换热器9与螺旋出料器3-8相连，第二换热器9、第三换热器10、炭仓11依次相连；蒸汽发生器8，蒸汽发生器8与蒸汽进口3-7相连。
进一步地，下行床快速热解活化炉3内还包括锥形分料器3-2，锥形分料器3-2位于下行床快速热解活化炉3的干燥区的顶部，且在下行床快速热解活化炉3的物料进口的正下方。
进一步地，下行床快速热解活化炉3还包括：燃气进口3-3、烟气出口3-5，其中，燃气进口3-3是辐射管的燃气进口，烟气出口3-5是辐射管的烟气出口。
进一步地，气柜7分别与燃气进口3-3和蒸汽发生器8相连。烟气出口3-5、第三换热器10和回转窑干燥器1依次相连。软水供应管依次通过第二换热器9、第一换热器4与蒸汽发生器8相连。
过渡区的高度占热解活化炉总高度的1/10-1/5。
过渡区的功能是将热解区和活化区隔开；油气出口3-6位于热解区和过渡区的交界处，用于排出热解油气和活化产生的气体。
在工作状态下，物料经过干燥区和热解区之后，适度堆积在活化区，以允许物料进行活化反应，堆积的高度需要低于油气出口的位置。热解产生的热解油气和活化产生的气体都通过油气出口排出热解活化炉，优选将排出的气体送往辐射管的燃气入口，作为燃料供辐射管燃烧。
经活化的物料形成活性炭，作为最终产品。
采用以上所述的生物质制备活性炭的***制备活性炭方法，包括如下步骤：
步骤1、生物质由回转窑干燥器1进行预热干燥处理；
步骤2、干燥处理后的生物质输送至料仓2；
步骤3、料仓2中的生物质由螺旋进料器3-1输送进入到下行床快速热解活化炉3的物料进口处；
步骤4、生物质依靠自身重力经锥形分料器3-2、辐射管3-4均匀布料；
步骤5、通过燃气进口3-3向下行床快速热解活化炉3的辐射管3-4通入燃气；
步骤6、生物质经过干燥区进行干燥处理；
步骤7、干燥区处理后的生物质进入热解区进行热解反应制得生物炭和热解油气；
步骤8、蒸汽发生器8生成蒸汽经下行床快速热解活化炉3的蒸汽进口3-7进入活化区；
步骤9、经步骤7得到的生物炭进入活化区，经由蒸汽活化；
步骤10、活化后的生物炭经由螺旋出料器3-8排出；
步骤11、排出的活性炭经二号换热器9和三号换热器10换热处理，存入炭仓11；
步骤12、步骤7制得的热解油气经油气出口3-6排出，经一号换热器4换热后，进入净化***5；生物油存入生物油油罐6，热解气存入气柜7。
气柜7中的热解气一部分通过燃气进口3-3用于辐射管3-4供热，气柜7中的热解气一部分为蒸汽发生器8提供能量生产蒸汽。
从烟气出口3-5排出的烟气经三号换热器10换热处理，输送至回转窑干燥器1用于对生物质进行预热干燥。
通过软水供应管供应的软水分别经第二换热器9、第一换热器4处理，输送至蒸汽发生器8。
干燥区温度400～600℃，热解区温度550～650℃，活化区温度700～900℃。
所述的生物质原料粒径范围0.1～10mm。
实施例
本实施例的工作流程为：松木屑(粒径＜6mm)经回转窑干燥器1干燥后，含水率8％，温度70℃；输送至料仓2，经由螺旋进料器3-1进入到下行床快速热解活化炉3中，依靠自身重力经锥形分料器3-2、辐射管3-4布料，依次经过干燥区(400℃)、热解区(600℃)，同时发生快速热解反应，反应后的生物炭经过渡区进入到活化区(900℃)，经由蒸汽活化(600℃)，活化后的高温活性炭(650℃)由螺旋出料器3-8排出，经第二换热器9和第三换热器10换热处理，存入炭仓11；高温热解油气(550℃)由油气出口3-6排出，经第一换热器4换热处理后进入到净化***5，生物油送入生物油油罐6储存，热解气一部分用于辐射管3-4供热，另一部分为蒸汽发生器8提供能量，生产蒸汽。
对产物进行测量分析，结果见下表：
表1产物分布
生物油 活性炭 热解气 热解水
31％ 26％ 27％ 16％
表2活性炭碘吸附值和亚甲基蓝吸附值
碘吸附值mg/g 亚甲基蓝吸附值ml/g
1102 182
以上通过实施例对本发明进行了详细说明，应当理解的是，本领域的技术人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多种形式的变更以及修改。本发明的技术性范围并不局限于以上描述的内容，必须根据权利要求范围来确定其保护范围。

Claims (11)

1.一种生物质制备活性炭的***，包括：螺旋进料器(3-1)、下行床快速热解活化炉(3)、螺旋出料器(3-8)，其中，螺旋进料器(3-1)与下行床快速热解活化炉(3)的进料口相连通，螺旋出料器(3-8)与下行床快速热解活化炉(3)的出料口相连通，其特征在于：下行床快速热解活化炉(3)内部从上至下依次划分为干燥区、热解区、过渡区和活化区，其中干燥区、热解区和活化区分别布置有辐射管(3-4)；下行床快速热解活化炉(3)包括油气出口(3-6)和蒸汽进口(3-7)，其中，油气出口(3-6)位于热解区和过渡区的交界处，蒸汽进口(3-7)位于活化区的下部。
2.根据权利要求1所述的生物质制备活性炭的***，其特征在于：还包括：回转窑干燥器(1)、料仓(2)，所述回转窑干燥器(1)与料仓(2)相连，料仓(2)与螺旋进料器(3-1)相连；第一换热器(4)、净化***(5)、生物油油罐(6)、气柜(7)，其中，第一换热器(4)分别与油气出口(3-6)和净化***(5)相连，净化***(5)分别与生物油油罐(6)、气柜(7)相连；第二换热器(9)、第三换热器(10)、炭仓(11)，其中，第二换热器(9)、第三换热器(10)、炭仓(11)依次相连，第二换热器(9)与螺旋出料器(3-8)相连；蒸汽发生器(8)，蒸汽发生器(8)与蒸汽进口(3-7)相连。
3.根据权利要求书1或2所述的生物质制备活性炭的***，其特征在于：下行床快速热解活化炉(3)内还包括锥形分料器(3-2)，锥形分料器(3-2)位于下行床快速热解活化炉(3)的干燥区的顶部，且在下行床快速热解活化炉(3)的物料进口的正下方。
4.根据权利要求书2所述的生物质制备活性炭的***，其特征在于：下行床快速热解活化炉(3)还包括：燃气进口(3-3)、烟气出口(3-5)，其中，燃气进口(3-3)是辐射管(3-4)的燃气进口，烟气出口(3-5)是辐射管(3-4)的烟气出口。
5.根据权利要求书4所述的生物质制备活性炭的***，其特征在于：气柜(7)分别与燃气进口(3-3)和蒸汽发生器(8)相连；烟气出口(3-5)、第三换热器(10)和回转窑干燥器(1)依次相连；软水供应管依次通过第二换热器(9)、第一换热器(4)与蒸汽发生器(8)相连。
6.根据权利要求1所述的生物质制备活性炭的***，其特征在于：过渡区的高度占热解活化炉总高度的1/10-1/5。
7.采用权利要1至6中任一项所述的生物质制备活性炭的***制备活性炭的方法，其特征在于：包括如下步骤：
步骤1、生物质由回转窑干燥器(1)进行预热干燥处理；
步骤2、干燥处理后的生物质输送至料仓(2)；
步骤3、料仓(2)中的生物质由螺旋进料器(3-1)输送进入到下行床快速热解活化炉(3)的物料进口处；
步骤4、生物质依靠自身重力经锥形分料器(3-2)、辐射管(3-4)均匀布料；
步骤5、通过燃气进口(3-3)向下行床快速热解活化炉(3)的辐射管(3-4)通入燃气；
步骤6、生物质经过干燥区进行干燥处理；
步骤7、干燥区处理后的生物质进入热解区进行热解反应制得生物炭和热解油气；
步骤8、蒸汽发生器(8)生成蒸汽经下行床快速热解活化炉(3)的蒸汽进口(3-7)进入活化区；
步骤9、经步骤7得到的生物炭进入活化区，经由蒸汽活化；
步骤10、活化后的生物炭经由螺旋出料器(3-8)排出；
步骤11、排出的活性炭经第二换热器(9)和第三换热器(10)换热处理，存入炭仓(11)；
步骤12、步骤7制得的热解油气经油气出口(3-6)排出，经第一换热器(4)换热后，进入净化***(5)；生物油存入生物油油罐(6)，热解气存入气柜(7)。
8.根据权利要求7所述的制备活性炭的方法，其中，气柜(7)中的热解气一部分通过燃气进口(3-3)用于辐射管(3-4)供热，气柜(7)中的热解气一部分为蒸汽发生器(8)提供能量生产蒸汽。
9.根据权利要求7所述的制备活性炭的方法，其中，从烟气出口(3-5)排出的烟气经第三换热器(10)换热处理，输送至回转窑干燥器(1)用于对生物质进行预热干燥。
10.根据权利要求7所述的制备活性炭的方法，其中，通过软水供应管供应的软水分别经第二换热器(9)、第一换热器(4)处理，输送至蒸汽发生器(8)。
11.根据权利要求7所述的制备活性炭的方法，其特征在于：干燥区温度400～600℃，热解区温度550～650℃，活化区温度700～900℃。
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